液压和启动技术

图7.2 节流口的形式
•
(4)图7.2(d)为缝隙式节流口。阀芯上开有狭 缝，油液可以通过狭缝流入阀芯内孔再经左边的 孔流出，旋转阀芯可以改变缝隙的通流面积大小。 这种节流口可以做成薄刃结构，从而获得较小的 稳定流量，但是阀芯受径向不平衡力，故只适用 于低压节流阀中。
图7.2 节流口的形式
• (5)图7.2(e)为轴向缝隙式节流口。在套筒上开有 轴向缝隙，轴向移动阀芯就可以改变缝隙的通流 面积大小。这种节流口可以做成单薄刃或双薄刃 式结构，流量对温度不敏感。在小流量时水力半 径大，故小流量时的稳定性好，因而可用于性能 要求较高的场合(如调速阀中)。但节流口在高压 作用下易变形，使用时应改善结构的刚度。
7.1 节流口的流量特性
7.1.1 节流口的流量特性公式 对于节流口来说，可将流量公式写成下列形式
Q KA0p
m
(7.1)
式中 A0——节流口的通流面积(m2)； Δp——节流口前、后的压差(Pa)； K——节流系数，由节流口形状、流体流态、流体 性质等因素决定，数值由实验得出，对薄壁锐边孔口
7.3.1 节流阀
• 节流阀的结构和职能符号如 图7.5所示。压力油从进油 口P1流入，经节流口从P2流 出。节流口的形式为轴向三 角槽式。作用于节流阀芯上 的力是平衡的，因而调节力 矩较小，便于在高压下进行 调节，当调节节流阀的手轮 时，可通过顶杆推动节流阀 芯向下移动，节流阀芯的复 位靠弹簧5来实现，节流阀 芯的上下移动改变着节流口 的开口量，从而实现对流体 流量的调节。
7.1.2.3 阻塞对流量稳定性的影响
• 流量小时，流量稳定性与油液的性质和节流口的结构都 有关。表面上看只要把节流口关得足够小，便能得到任 意小的流量。但是油中不可避免有脏物，节流口开得太 小就容易被脏物堵住，使通过节流口的流量不稳定。 • 产生堵塞的主要原因是：①油液中的机械杂质或因氧化 析出的胶质、沥青、炭渣等污物堆积在节流缝隙处； • ②由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，而 节流缝隙的金属表面上存在电位差，故极化分子被吸附 到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，因而影响了节流 缝隙的大小。以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会 被液流冲刷掉，随后又重新附在阀口上。这样周而复始， 就形成流量的脉动； • ③阀口压差较大时容易产生堵塞现象。
Q 1 p T 1 / p m Q
(7.2)
•流量的刚度反映了节流口在负载压力变化时保持 流量稳定的能力。 •节流口的流量刚度越大，流量稳定性越好，用于 液压系统时所获得的负载特性也越好。
由式(7.2)可知：
(1)节流口的流量刚度与节流口压差成正比，压差 越大，刚度就越大； (2)当节流口压差一定时，刚度与流量成反比，通 过节流口的流量越小，刚度也越大； (3)系数m越小，刚度越大。m越大，Δ p变化后对 流量的影响就越大，薄壁孔(m=0.5)比细长孔(m=1) 的流量稳定性受Δ p变化的影响要小。 因此，为了获得较小的系数，应尽量避免采用细 长孔节流口，即避免使流体在层流状态下流动； 而是尽可能使节流口形式越接近于薄壁孔口，也 就是说让流体在节流口处的流动处在紊流状态， 以获得较好的流量稳定性。
图7.2 节流口的形式
• 对比图7.2中所示的各种形状节流口，图(a)的 针式和图(b)的偏心式由于节流通道较长，故节 流口前后压差和温度的变化对流量的影响较大， 也容易堵塞，只能用在性能要求不高的地方。 而图(e)所示的轴向缝隙式，由于节流口上部铣 了一个槽，使其厚度减薄到0.07~0.09mm，成 为薄刃式节流口，其性能较好，可以得到较小 的稳定流量。
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7 流量控制阀及其它液压阀
7.1 节流口的流量特性 7.3 节流阀 7.4 调速阀 7.6 插装阀 自学与扩展
7 流量控制阀及其它液压阀
流量控制阀简称流量阀， 它通过改变节流口通流面积 或通流通道的长度来改变局 部阻力的大小，从而实现对 流量的控制，进而改变执行 机构的运动速度。流量控制 阀是节流调速系统中的基本 调节元件。
7．3 节流阀
• 节流阀是通过改变节流截 面或节流长度以控制流体 流量的阀。将节流阀和单 向阀并联则可组合成单向 节流阀。节流阀和单向节 流阀是简易的流量控制阀。 • 在定量泵液压系统中，节 流阀和溢流阀配合，可组 成三种节流调速系统，即 进油路节流调速系统、回 油路节流调速系统和旁路 节流调速系统。
Q KA0p
m
(7.1)
节流阀没有流量负反馈功能，不 能补偿由负载变化所造成的速 度不稳定，一般仅用于负载变 化不大或对速度稳定性要求不 高的场合。 • 按其功用，具有节流功能的阀 有节流阀、单向节流阀、精密 节流阀、节流截止阀和单向节 流截止阀等，按节流口的结构 形式，节流阀有针式、沉割槽 式、偏心槽式、锥阀式、三角 槽式、薄刃式等多种；按其调 节功能，又可将节流阀分为简 式和可调式两种。
• 图7.6所示节流阀是一种具 有螺旋曲线开口和薄刃式 结构的精密节流阀。阀套 上开有节流窗口，阀芯2与 阀套3上的窗口匹配后，构 成了具有某种形状的薄刃 式节流孔口。转动手轮 1(此手轮可用顶部的钥匙 来锁定)和节流阀芯后，螺 旋曲线相对套筒窗口升高 或降低，改变节流面积， 即可实现对流量的调节， 因而其调节流量受温度变 图7.6 化的影响较小。
7.4 调速阀
根据“流量负反馈”原理设计而成的流量 阀统称为调速阀。根据“串联减压式”和 “并联溢流式”之差别，又分为调速阀和溢 流节流阀两种主要类型，调速阀中又有普通 调速阀和温度补偿型调速阀两种结构。 • 调速阀和节流阀在液压系统中的应用基本相 同，主要用于：与定量泵、溢流阀组成节流 调速的系统。调节节流阀的开口面积，便可 调节执行元件的运动速度。
螺旋曲线开口式节流阀
1-手轮;2-阀芯;3-阀套;4-阀体
7.3.2 单向节流阀
• 图7.7为单向节流阀的 结构图和职能符号，它 把节流阀芯分成了上阀 芯和下阀芯两部分。当 流体正向流动时，其节 流过程与节流阀是一样 的，节流缝隙的大小可 通过手柄进行调节； 当流体反向流动时，靠 油液的压力把阀芯4压 •图7.7 单向节流阀 下，下阀芯起单向阀作 用，单向阀打开，可实 1-顶盖；2-导套；3-阀体；4-下阀 现流体反向自由流动。 芯；5-复位弹簧；6-底座；7-上阀芯
在定量泵供油的节流调速系 统中，必须将流量控制阀与 溢流阀配合使用，以便将多 余的流量排回油箱。
节流调速
流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分 流集流阀等。 对流量控制阀的主要性能要求： ①当阀前后的压力差发生变化时，通过阀的流量变化 要小； ②当油温发生变化时，通过节流阀的流量变化要小； ③要有较大的流量调节范围，在小流量时不易堵塞。 这样使节流阀能得到很小的稳定流量，不会在连续 工作一段时间后因节流口堵塞而使流量减小，甚至 断流； ④当阀全开时，液流通过节流阀的压力损失要小； ⑤阀的泄漏量要小。 对于高压阀来说，还希望其调节力矩要小。
• (2)图7.2(b)为偏心式节流口。在阀芯上开一
个截面为三角形(或矩形)的偏心槽，当转动 阀芯时，就可以改变通道大小，由此调节了 流量。偏心槽式结构因阀芯受径向不平衡力， 高压时应避免采用。
图7.2 节流口的形式
• (3)图7.2(c)为轴向三角槽式节流口。在阀芯 端部开有一个或两个斜的三角槽，轴向移动 阀芯就可以改变三角槽通流面积从而调节了 流量。轴向三角槽式节流口的水力半径较大。 小流量时的稳定性较好。在高压阀中有时在 轴端铣两个斜面来实现节流。
• 所谓简式节流阀通常是指在高压下调节困难的 节流阀，由于它对作用于节流阀芯上的液压力 没有采取平衡措施，当在高压下工作时，调节 力矩很大，因而必须在无压(或低压)下调节， 相反，可调式节流阀在高压下容易调节，它对 作用于阀芯上的液压力采取了平衡措施，因而 无论在何种工作状况下进行调节，调节力矩都 较小。 • 对节流阀的性能要求： • (1)流量调节范围大，流量——压差变化平滑； • (2)内泄漏量小，若有外泄漏油口，外泄漏量也 要小； • (3)调节力矩小，动作灵敏。
K Cq 2 /
对细长孔K=d2／(32μL)，Cq为流量系数，μ为动粘度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ d和L为孔径和孔长 m——由节流口形状和结构决定的指数，0.5≤m<1， 当节流口接近于薄刃式时，m＝0.5，节流口越接近于 细长孔，m就越接近于1。
• 上式说明通过节流口 的流量与节流口的截 面积及节流口两端的 压力差的m次方成正 比。它的特殊情况是 m=0.5。在阀口压力 差基本恒定的条件下， 调节阀口节流面积的 大小，就可以调节流 量的大小。节流口的 流量—压差特性曲线 如图7.1所示。
减轻堵塞现象的措施有：
• (1)采用大水力半径的薄刃式节流口。一般通流面积越大， 节流通道越短以及水力半径越大时，节流口越不易堵塞。 • (2)适当选择节流口前后的压差。一般取Δp =0.2～ 0.3MPa。因为压差太大，能量损失大，将会引起流体通 过节流口时的温度升高，从而加剧油液氧化变质而析出 各种杂质，造成阻塞；此外，当流量相同时，压差大的 节流口所对应的开口量小，也易引起阻塞。若压差太小， 又会使节流口的刚度降低，造成流量的不稳定。 • (3)精密过滤并定期更换油液。在节流阀前设置单独的 精滤装置，为了除去铁屑和磨料，可采用磁性过滤器。 • (4)构成节流口的各零件的材料应尽量选用电位差较小的 金属，以减小吸附层的厚度。选用抗氧化稳定性好的油 液，并控制油液温度的升高，以防止油液过快地氧化和 极化。
• • 节流阀适用于一般的节流调速系统，而调速阀适 用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的 系统中，也可用于容积节流调速回路中。
7.4.1 串联减压式调速阀的工作原理
• 采用“压差法”测量流量 的串联减压式调速阀是由 定差减压阀2和节流阀4串 联而成的组合阀，其工作 原理及职能符号如图7.8所 示。 •节流阀4充当流量传感器， 节流阀口不变时，定差减压 阀2作为流量调节阀口，通 过流量负反馈，自动稳定节 流阀前后的压差，保持其流 量不变。因节流阀(传感器) 图7.8 调速阀的工作原理和职能符号 前后压差基本不变，调节节(a)结构原理图;(b)符号;(c)简化符号; 流阀口面积时，又可以人为 1-减压阀口;2-减压阀芯; 地改变流量大小。 3-节流阀口;4-节流阀芯